CN1074851C - 断路器的操作机构 - Google Patents

Abstract

本发明断路器操作机构包括断路弹簧、合闸弹簧、由凸轮轴，大齿轮，离合器轴，小齿轮，凸轮和离合器驱动件构成的畜能装置、驱动机构；其特点是，由大齿轮、小齿轮和离合器驱动件构成的齿轮组与凸轮轴连接，驱动机构由驱动离合器驱动件的操作用驱动电动机构成，在合闸弹簧的蓄能状态下，在凸轮与大齿轮的静止位置近傍，通过设置在大齿轮端面上的端面凸轮与离合器驱动件构成的凸轮机构解除小齿轮与离合器驱动件的结合，故不会产生齿轮的断续啮合及随之而来的噪声。

Description

断路器的操作机构

本发明涉及断路器的操作机构，具体地说涉及该操作机构合闸弹簧的蓄能机构。

通常要求将断路器的操作机构构成按标准相继不断、不迟缓地进行电路的断开与闭合的动作。为达到按标准要求操作，将传统的断路器操作机构构成用储存在蓄能机构内的机械能进行断开动作后立即进行闭合动作，再相继进行断开动作。

作为传统的断路器操作机构，现以日本专利特开平1-154418号公报上揭示的操作机构为基础，对其组成与动作进行说明。

后述图7表示处于闭合状态断路器操作机构的组成。

使与动触头100相连的杆2固定在由断路弹簧101给于沿反时针方向回转力的主轴3上、且用拉闸(引き外し)闩4维持合闸位置，当用拉闸触发机构5使拉闸闩4沿反时针方向回转时，使拉闸闩4与杆2的接合被解除，杆2借助断路弹簧的回转力沿反时针方向回转，使动触头100断开。

把固定在凸轮轴8上、形成把与凸轮轴8一起回转的大齿轮90的中心与设置在其侧面上的连接销90a间作为曲柄，把固定于由合闸弹簧102赋于沿反时针方向回转力的合闸用主轴6的合闸杆7作为杠杆，把设置在大齿轮90的侧面上的连接销90a与合闸杆7的端部连接起来的连杆10作为连接棒，把合闸杆7作为主动件而形成连杆曲柄机构(以下简称机构)。大齿轮90因合闸闩11而静止于从机构的设想点沿时针方向稍稍偏移的等待位置。当用合闸触发机构12使合闸闩11沿反时针方向回转，用储存在合闸弹簧102内的机械能分别使合闸杆7沿反时针方向，大齿轮90沿时针方向回转。并且，使固定在凸轮8上的凸轮13与大齿轮90一起回转，使处于断开位置的杆2克服断路弹簧101的回转力而回复到合闸位置，使动触头100闭合。据此，将机械能储存在断路弹簧101内。

因此，当正与大齿轮90啮合的小齿轮95沿反时针回转、克服合闸弹簧102的回转力，使大齿轮90沿时针方向回转，从而回复到图7所示状态。

将以上所述各构件组装在框架1上形成操作机构。

后述图8表示在图7所示状态的大齿轮90与小齿轮95的啮合部。在大齿轮90的面对小齿轮95的部分上切去规定数目的齿，且设置缺口部91。将具有与大齿轮90的齿形相同的两个爪的同步爪92通过销93与压缩弹簧94可摆动地安装在此缺口部91的内部，因此，当小齿轮95沿反时针方向回转、从而对同步爪92的远离销93一侧的爪的啮合面进行推压时，从相接触的齿面压力角的关系，成为在同步爪92上有以销93为支点沿时针方向的回转力矩作用，使同步爪92以销93为中心沿时针方向回转，脱离与小齿轮95的啮合，使大齿轮90不能回转。另一方面，当大齿轮90沿时针方向回转时，使同步爪92的远离销93一侧的爪与小齿轮95啮合，作用在此爪上的推压力起着使同步爪92沿反时针方向回转的回转力矩的作用，然而，由于形成同步爪92在大齿轮90的外侧不能回转，从而在同步爪92的姿态保持图示状态不变条件下使小齿轮95进行回转。使小齿轮95依次与同步爪92的接近销93一侧的爪、邻靠同步爪92的大齿轮90的齿啮合，使大齿轮90与小齿轮95的啮合恢复。

在大齿轮与小齿轮的啮合部上使用上述机构的目的是为了在断路器相继进行两次断开动作和一次闭合动作后，在进行将机械能向合闸弹簧内储存之际，在储存动作结束时刻以后，不使小齿轮的驱动源上或合闩机构上发生来自小齿轮的回转力的过大的力。

即使储能动作结束，因使小齿轮回转的驱动源本身具有惯性而不会立即停止。因此，直至驱动源停止期间，使同步爪摆动、同步爪与小齿轮齿面啮合，从而随之反复发生冲击，为了不使小齿轮与同步爪因该齿面冲击而受损伤，有必要在其材料选用上以及工作方法上给予充分注意，从而产生使此部分价格提高的缺点。此外，也存在随着同步爪与小齿轮齿面啮合而产生的不可避免的噪声问题。

因此，本发明正是为解决上述问题而成立，目的在于提供不产生齿轮的断续啮合以及随之而发生噪音、可靠性高且造价低的断路器操作机构。

为达到上述目的本发明断路器操作机构，包括：通过向固定有与动触头连接的杆的主轴施加回转力并使该杆回转而进行断开动作的断路弹簧，通过向固定有与凸轮连接的合闸杆的合闸用主轴施加回转力并经该合闸杆使该凸轮回转而进行闭合动作的合闸弹簧，由凸轮轴、固定于该凸轮轴上的大齿轮，设置成与该凸轮轴平行的离合器轴、安装成在该离合器轴上与大齿轮啮合的小齿轮、设于该凸轴上的凸轮和离合器驱动件构成的蓄能装置，用其上固定安装着上述凸轮的凸轮轴与齿轮组进行连接、驱动上述蓄能装置的驱动机构，其中，该齿轮组由固定安装在上述凸轮轴上的大齿轮，与该大齿轮啮合的小齿轮以及与上述小齿轮处于同一轴线上、与该小齿轮协同构成离合器的离合器驱动件所构成；该驱动机构由驱动该离合器驱动件的操作用驱动电动机构成，在上述合闸弹簧的蓄能状态下，在上述凸轮和大齿轮的静止位置近傍，通过由设置在上述大齿轮端面上的端面凸轮与上述离合器驱动件构成的凸轮机构解除上述小齿轮与上述离合器驱动件的结合。

对附图的简单说明。

图1为本发明第1实施例的闭合状态时断路器操作机构的组成图，

图2为沿图1的A-A线剖视图，

图3(A)为详细表示图2中的离合器部分的剖视图，

图3(B)为详细表示图2中的离合器部分的侧视图，

图4为相当于图3(A)、(B)的本发明第1实施例应用例中的离合器部分的局部详图，

图5为本发明第2实施例的离合器部分的局部详图，

图6为相当于图5的本发明第2实施例应用例中的离合器部分的局部详图，

图7为表示传统断路器的闭合状态时操作机构的主视图。

图8为图7中的部分详图。

以下参照附图说明本发明第1实施例。

图1表示根据本发明断路器的操作机构，图2为沿图1的A-A线剖视图，图3(A)和图3(B)分别详细表示图2中的离合器部。图中，对于和已说明过的表示传统断路器操作机构的图7中的同一或相当的部分使带有相同标号，且省略了对其功能、动作说明的重复部分。

将离合器轴14、操作用电动机17的回转轴设置成与凸轮轴8平行，用由大齿轮9，小齿轮15、在其外周上具有齿轮要素的离合器驱动件16，以及在操作用电动机17的轴端上形成的齿轮组成的齿轮组连接此三根轴。由小齿轮15与离合器驱动件16构成离合器。

凸轮轴8贯穿位于框架1，1上、且在各框架1的贯穿部上用一对轴承进行支承，凸轮13位于框架1，1的中间，使在朝向框架1的一侧端面9b上设有一个凸起9a的大齿轮9嵌合在其一端部上，形成由于大齿轮9的回转，使凸轮轴8与凸轮13成一体回转。

与凸轮轴8一样，离合器轴14贯穿位于框架1，1上，且在各框架1的贯穿部上用一对轴承支承，在其与凸轮轴8的安装大齿轮9的一侧相一致一侧的端部外周上设置细齿花键部(セレ-シヨン)14a，在其中心部设置具有与细齿花键部14a同心的圆筒形壁面的中空部14b。小齿轮15由与大齿轮9啮合的齿轮部15a、与该部成一体的轴部15b组成，使轴部15b通过防脱落构件15c可自由回转地嵌合在离合器轴的中空部14b内。使离合器驱动件16能沿轴向移动地嵌合在细齿花键部14a上。离合器驱动件16的移动距离由设置在大齿轮9上的凸起9a的高度来限定，形成在离合器驱动件16被凸起9a推压已向框架1一侧移动的状态下，使小齿轮15与后述内轮18的辐射状槽18b的啮合被解除。此外，形成能在离合器轴14的另一端按照需要安装手摇柄22。此外，形成使设置在大齿轮9上的凸起9a能在大齿轮9沿时针方向回转、从沿时针方向稍稍超过机构设想点的位置至超过等待合闸位置的适当位置间，将离合器驱动件16向框架1的一侧推压、在细齿花键部14a上移动规定距离。

大齿轮9与离合器驱动件16的关系可从由大齿轮9的端面9b与凸起9a形成的端面凸轮以及把离合器驱动件16作为从动件的凸轮机构看出。此外，不用说，设置在离合器驱动件16的大齿轮9一侧的圆锥面也担负一部分端面凸轮的功能。

大齿轮9通过设置在其侧面上的连接销9c、连杆10以及合闸杆与合闸用主轴6相连。

蓄能装置由凸轮轴8、大齿轮9、连接销9c、凸轮13、离合器轴、小齿轮15以及离合器驱动件16组成。

离合器驱动件16由内轮18、外轮19以及单向离合器20级成，在内轮18的内径面上设置与离合器轴14的细齿花键部14a啮合的内齿细齿花键部18a，使其外径面与单向离合器20嵌合。此外，在内轮18的面对小齿轮15的端部上设置与小齿轮数目相等的、正好与小齿轮15的齿部相嵌合的辐射状槽18b。

外轮19，要使其外周齿轮部分与在操作用电动机17的轴端上形成的齿轮部17a啮合，使单向离合器20嵌合在其内径面上、与内轮18相互自由回转、沿轴向不产生相对移动。单向离合器20，要从小齿轮15的一侧看，仅在外轮19相对内轮18沿反时针方向回转时，将回转转矩从外轮19传递到内轮18。此外，成为使在操作用电动机17的轴端上形成的齿轮部17a的齿宽与离合器驱动件16在即使因凸起9a面移动时，确保两者经常啮合。

在框架1与离合器驱动件16间设置将离合器驱动件16平时向小齿轮15的方向推压的离合器弹簧21。

以下，对动作进行说明。

关于因合闸触发机构12的合闸闩11的被解除，依赖于释放储存在合闸弹簧102内机械能的合闸杆7、大齿轮9与凸轮13组成机构的运动，使可动触头100闭合的一系列合闸动作均与传统操作机构大致相同。

可动触头100闭合后，将机械能储入合闸弹簧102内的动作按如下方式进行。

使操作用电动机17沿时针方向回转，因轴端齿轮部17a使离合器驱动件16沿反时针方向回转。由于在合闸弹簧102释放机械能的状态下，设置在大齿轮9侧面上的凸起9a的位置与大齿轮9与小齿轮15的啮合位置成为将凸轮轴8的轴中心夹在其间、大致处于面对面的位置，离合器驱动件16被离合器弹簧21推压、小齿轮15的齿面端部与设置在内轮18端部上的辐射状槽18b啮合，使小齿轮15与离合器驱动件16沿同方向回转。因此，使正与小齿轮15啮合的大齿轮9回转，使机械能被储存在合闸弹簧102内。而且，在大齿轮9进行回转、沿时针方向稍通过机构设想点的时刻、使凸起9a推压离合器驱动件16向框架1的一侧移动。因此，使小齿轮15与离合器驱动件16的连接被解除。在小齿轮15与离合器驱动件16的连接被解除后，进而使大齿轮9沿时针方向稍稍回转，借助合闸闩11在等待合闸位置停止。

由于从机构即将到达等待合闸位置，使离合器驱动件16与小齿轮15的连接被解除、在大齿轮9停止后，即使操作用电动机17回转，也不会将因操作用电动机17的输出转矩产生的力加在合闸闩11上。当然，因为没有齿轮的断续啮合，也就不存在产生噪音的问题。

在用手动方式进行向合闸弹簧102储存机械能时，只要在离合器轴14的端部上安装手摇柄22，使离合器轴14转动就可以。在用合闸闩11使大齿轮9停止后，此时，与采用操作用电动机17的操作一样，即使进而使手摇柄22回转，由于离合器驱动件16与小齿轮15的连接在规定的位置被解除，也不会将施加在手摇柄22上的转矩所产生的力加在合闸闩11上。

此外，在使大齿轮9回转、进行合闸动作时，是使由小齿轮15与离合器驱动件16组成的离合器处于连接状态，然而，因单向离合器20而不使外轮19回转。因此，由于能不使作用用电动机17从凸轮轴8一侧进行驱动，从而能不使从规定合闸动作时凸轮轴8的回转角速度的凸轮轴8看时的等效惯性力矩增加，可使断路器的动作时间提前。从另一角度看，能使驱动合闸用主轴6的合闸弹簧102达到小型化。此外，由于操作电动机17在进行向合闸弹簧102储存机械能量时不存在驱动运转此外的回转，无需考虑因超过驱动运转的回转速度引起的机械强度问题，因而也具有能使用标准件、降低断路器操作机构造价等效果。

以上，对用大齿轮9的端面9b与凸起9a形成端面凸轮进行了说明，然而，也不限于此方法，不用说，只要按照需要，使用固定设置在大齿轮9上的端面凸轮就可以。

此外，对作为使小齿轮15自由回转地嵌合于设置在离合器轴14顶端上的中空部14b的结构进行了说明，然而，例如，如图4所示，只要使具有圆筒形内径面的小齿轮15’自由回转地嵌合在使具有细齿花键部14a的轴端部延长了的离合器轴14’的延长部上就可以。

此外，对于在内轮18上具有能正好嵌入小齿轮15的齿部，数目与小齿轮15的齿数相同的辐射形槽18b的结构形成，其辐射状槽18b也可以变化，只要设置形状与小齿轮15的齿形相同的槽就可以。

实施例2

在本发明第1实施例中，在离合器轴14与内轮18间设置了利用细齿花键部14a的啮合部，然而，如图5所示，在离合器轴14″的轴端上形成小齿轮15″的同时，只要使形成了圆筒形内径面的内轮18″相对离合器轴14″自由回转地相嵌合就可以。在此场合，在离合器轴14″的端部安装手摇柄，由于形成一旦使离合器轴14″回转时，将起因于加在手摇柄上的力矩产生的力加在合闸闩11上，当用手动进行向合闸弹簧储存机械能时，需要使操作用电动机17的轴回转。成为按照操作用电动机17与离合器驱动件16的齿数比，使手动操作中所用的回转角度增大，然而能使所用的转矩减小。

此外，由于若使图5中的小齿轮15″如实施例1中的图4所示，作为具有圆筒形内径面的小齿轮15’嵌合在离合器轴上，成为图6所示形态，而无需使离合器轴14回转，故无需在贯穿框架1的部分上设置轴承能使结构简化。

在以上叙述中，在离合器轴14与内轮18的啮合部和小齿轮15与内轮18的啮合部使用了细齿花键部及齿轮机构，然而，不用说，即使使用等同于六角螺母与板手那样的力矩传递机构，也未离开本发明的结构。

当然，对于小齿轮15，也可把使其与大齿轮9的啮合部分和与离合器驱动件16连接起来的部分构成其它的齿轮要素，其中，要使大齿轮9与小齿轮15的速比选定的自由度大则有效。

此外，在用手动进行向合闸弹簧储存机械能的场合，对构成在离合器轴14的端部上安装手摇柄22的结构形式进行了说明，然而，也可以设置与离合器驱动件16啮合的手动搭牙用齿轮，再用手摇柄使此齿轮回转。

对于手摇柄的构成，为了防止断路器操作机构因凸轮轴的反方向回转造成损坏，重要的是使用单向离合器等不使在规定回转方向以外加上转矩的结构。

Claims (6)

1.断路器的操作机构，包括：通过向固定有与动触头(100)连接的杆(2)的主轴(3)施加回转力并使所述杆回转而进行断开动作的断路弹簧(101)，通过向固定有与凸轮(13)连接的合闸杆(7)的合闸用主轴(6)施加回转力并经所述合闸杆使所述凸轮回转而进行闭合动作的合闸弹簧(102)，由凸轮轴(8)、固定于所述凸轮轴上的大齿轮(9)，设置成与所述凸轮轴平行的离合器轴(14)、安装成在所述离合器轴上与所述大齿轮啮合的小齿轮(15)、设于所述凸轴上的凸轮(13)和离合器驱动件(16)构成的蓄能装置(8，9，13，14，15，16)，用其上固定安装着上述凸轮的凸轮轴(8)与齿轮组进行连接、驱动上述蓄能装置的驱动机构(17)，其特征在于，所述齿轮组由固定安装在上述凸轮轴上的大齿轮(9)，与所述大齿轮啮合的小齿轮(15)以及与上述小齿轮处于同一轴线上、与该小齿轮协同构成离合器的离合器驱动件(16)所构成；所述驱动机构由驱动所述离合器驱动件的操作用驱动电动机(17)构成，在上述合闸弹簧的蓄能状态下，在上述凸轮和大齿轮的静止位置近傍，通过由设置在上述大齿轮端面上的端面凸轮(9a，9b)与上述离合器驱动件构成的凸轮机构解除上述小齿轮与上述离合器驱动件的结合。

2.根据权利要求1所述的操作机构，其特征在于，由所述大齿轮(9)的端面(9b)与设置在该端面上的凸起(9a)构成上述端面凸轮。

3.根据权利要求1所述的操作机构，其特征在于，通过细齿花键部(14a)使上述离合器驱动件(16)沿轴向自由滑动地嵌合在离合器轴(14)上、同时使上述小齿轮(15)自由回转地嵌合在上述离合器轴(14)上。

4.根据权利要求1所述的操作机构，其特征在于，用设置正好嵌入上述小齿轮(15)的各齿的、在上述离合器驱动件(16)面对上述小齿轮的部分上的辐射状槽(18b)进行上述离合器的结合。

5.根据权利要求1所述的操作机构，其特征在于，上述离合器驱动件(16)由与离合器轴(14)嵌合、与上述小齿轮(15)结合、传递回转转矩的内轮(18)，嵌合于该内轮的单向离合器(20)及与该单向离合器嵌合、同时相对上述内轮自由回转且对其相对轴方向移动形成限定、并用上述操作用电动机(17)驱动的外轮(19)组成。

6.根据权利要求1所述的操作机构，其特征在于，将上述小齿轮(15’)与上述离合器驱动件(16)设置在已固定于框架(1)上的离合器轴(14)上。

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